Основные положения расчета соединений

Соединения деревянных конструкций рассчитывают по методу предельных состояний. Для обеспечения безопасной работы соединения необходимо, чтобы расчетное усилие, действующее на соединение, не превышало несущей способности соединения. Сложное напряженное состояние в соединениях, возникающее из-за наложения различных напряжений, требует определения несущей способности соединения исходя из нескольких условий. Несущая способность соединения определяется расчетом соединяемых элементов на смятие и скалывание с учетом угла между силой и направлением волокон в древесине. Кроме клеевых, соединения элементов деревянных конструкций практически невозможно сделать жесткими, поэтому при расчете деревянных конструкций необходимо учитывать податливость их соединений.

Из опыта эксплуатации деревянных зданий и сооружений, предельный относительный сдвиг между соединяемыми элементами ограничивается величиной 1, 5-2 мм. Усилие, которое вызывает предельный сдвиг, принимают за несущую способность соединения, если оно меньше несущей способности соединения, определенной из условий смятия и скалывания. Клеевые соединения при расчете конструкций следует рассматривать как неподатливые.

Передача сил от одного соединяемого элемента другому осуществляется непосредственно через поверхность их контакта или через рабочие связи. Многочисленные исследования показали неэффективность применения в одном соединении различных типов рабочих связей, например, болтов и гвоздей. Увеличение несущей способности соединения без изменения площади контакта соединяемых элементов может быть достигнуто установкой накладок на нагелях, клеевыми соединениями и др. Сравнение различных соединений на примере растянутого симметричного стыка (табл.3.1) пока­зывает, что наибольшей несущей способностью, приведенной к единице контактной поверхности, обладает клеевой шов. Наибольшую несущую способность среди других соединений имеют нагели небольшого диаметра (до 5 мм), устанавливаемые в предварительно рассверленные отверстия с шагом, принятым как и для цилиндрических нагелей. Однако следует учитывать ослабления растянутых деревянных элементов отверстиями под на­гели.

Расчет соединений сводится к определению действующих на них усилий и сравнению их с несущей способностью соединений Т.

Расчетную несущую способность соединений, работающих на смятие и скалывание, следует определять по формулам:

где - расчетная площадь смятия; - расчетная площадь скалывания; - расчетное сопротивление древесины смятию под углом а к направлению волокон; - расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины скалыванию «вдоль волокон, определяемое в свою очередь по формуле:

Здесь - расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению), приведенное в нормах; - расчетная длина плоскости скалывания; - плечо сил скалывания; - коэффициент учитывает неравномерность распределения напряжений скалывания и зависит от вида скалывания.

Если площадка скалывания располагается по одну сторону от места приложения сил, то имеет место одностороннее скалывание, при котором скалывающие напряжения концентрируются в начале скалывания. Эпюра имеет несимметричное очертание, приближающееся к треугольному. В этом случае коэффициент

При промежуточном скалывании площадка скалывания располагается между местами приложения сил (рис.3.2). В этом случае наблюдается меньшая концентрация скалывающих напряжений. Для промежуточного скалывания

Рис. 3.2. Зависимость среднего расчетного сопротивления скалыванию в соединени­ях: а - при врубке с одной стороны; в - то же, с обеих сторон

Увеличение длины площадки скалывания за пределами десяти глубин врезки в расчете на скалывание не учитывается, поскольку при допускаемом нормами косослое скалывание может произойти по длине и при большей длине запроектированной площадки скалывания. Для того чтобы уменьшить опасное влияние растягивающих напряжений поперек волокон и торцевых усушенных трещин на несущую способность соединения, длина площадки скалывания должна быть не менее Во всех случаях требуется обеспечение прижима скалываемой части.

В промежуточных узлах сквозных деревянных конструкций глубина врубок не должна превышать 1/4 полной высоты или толщины элемента. В опорных узлах глубина врубки не должна превышать 1/3 полной высоты бруса. Минимальная глубина врубки должна быть не менее: для брусьев 2 см.; для бревен 3 см.

Силы трения между соединяемыми элементами, которые оказывают разгружающее действие, в расчете соединений элементов деревянных конструкций не должны учитываться, за исключением случаев однократного, кратковременного (при аварии и монтаже) действия прижимающих сил.

Таблица 3.1.

Несущая способность соединений растянутых деревянных элементов с различными рабочими связями на примере растянутого стыка